电网电压不平衡时永磁同步风力发电系统网侧变流器的控制研究

摘要

考虑到在实际电力系统运行中，电网电压的不平衡故障现象时有出现，在电网电压出现不平衡故障状况下，永磁风电系统若仍采用在平衡情况下的网侧变流器控制策略，将导致风电系统的直流母线存在二倍于电网频率的波动，进而使交流输入电流产生三次谐波，污染电网，危害其他用电设备，同时也会导致电容频繁充放电、减少电容的使用寿命等问题。针对上述问题，本文在电网出现不平衡故障时对永磁同步风电系统网侧变流器的控制情况进行了分析以及深入的研究。
　　首先，文章分别建立了网侧变流器在电网电压平衡以及不平衡条件下的数学模型，在理想电网下对网侧变流器的控制采用了传统的控制策略，电网电压不平衡时根据风电机组所适用的不同场合提出了三个独立的控制目标，针对各目标，对网侧变流器采用基于正、负序分离的传统PI双电流环控制策略。
　　其次，由于PI调节器存在参数不易整定，并且在电流内环中使用PI调节器需要分离正、负序分量，会产生延时等弊端，基于这些问题，本文提出新型控制策略：电压外环将采用径向基神经网络(RBF)自整定PI控制器，根据系统结构和参数的变化可以在线的调整PI参数，电流内环将采用准比例谐振控制器(Quasi-PR)，可以对正、负序分量进行同时控制，不仅可以使系统的复杂度得以简化并能提升系统的响应速度。
　　再次，考虑将三种独立的控制目标进行整合，实现对网侧变流器的综合控制作为整个系统的控制目标。在抑制负序电流的基础上，对有功功率和无功功率的二倍频波动同时进行谐振补偿，达到输出三相并网电流平衡，输出功率和直流母线电压稳定等目的，进一步提升电网在不平衡故障下系统的适用性。
　　最后，利用MATLAB/Simulink软件，对电网电压不平衡故障下的网侧变流器的控制做了详细的仿真分析，并将本文所提出的新型控制策略应用于其中，通过仿真结果的对比分析，表明了本文所述的新型控制策略较传统的控制策略有更好的优越性。

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1 引言

1.1 课题研究背景及意义

1.2 风力发电技术发展现状

1.3不平衡电网电压下直驱永磁风电系统控制策略研究现状

1.4 本课题主要研究内容

2 理想电网下直驱永磁风电系统网侧变流器控制策略研究

2.1 PMSG数模型

2.2 理想电网下网侧变流器数学模型

2.3 SVPWM控制技术

2.4 网侧变流器控制策略

2.5 本章小结

3 不平衡电网电压下永磁风电系统网侧变流器传统控制策略研究

3.1 电网电压及电流的不平衡度

3.2 不平衡电网电压下网侧变流器的建模

3.3 正负序分量的分离

3.4 不平衡电网电压下改进的检测锁相技术

3.5 网侧变流器的PI双电流环控制策略

3.6 仿真研究

3.7 本章小结

4 不平衡电网电压下网侧变流器的新型改进控制策略研究

4.1 RBF神经网络自整定PI控制器

4.2 Quasi-PR控制器

4.3 各控制目标独立控制策略

4.4 新型策略与传统策略的对比分析

4.5 本章小结

5 各控制目标的综合控制研究

5.1功率谐振补偿控制策略

5.2 系统目标的综合控制策略

5.3 仿真研究

5.4 本章小结

6 总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文